CN111086292A - 一种含高比例返回料的铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含高比例返回料的铝合金复合材料及其制备方法，包覆层合金层采用高纯度的电解铝锭或低比例返回料铸造，以保证材料的外观要求；芯层合金层采用高比例返回料作为原料，制备方法包括：芯层合金板材和包覆层合金板材制备、表面处理、焊合固定、热轧复合及后续加工步骤。本发明获得的铝合金复合材料实现了铝合金返回料低成本保级回收。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是一种含高比例返回料的铝合金复合材料及其制备方法。
背景技术
铝合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀、加工时易成型和便于回收等一系列优点，在航空航天、汽车、消费电子、机械制造、船舶等领域得到广泛应用。目前全球对于铝及铝合金产品的需求量正在逐年攀升，与此同时将会产生大量的铝合金废料，对于这些废铝的回收再利用成为行业内普遍关注的问题，有效回收铝合金废料对于降低生产成本，充分利用铝资源和减少废物排放，保护生态环境等方面都具有及其重要的意义。
现有的铝及铝合金废料的回收方式主要是重熔回收，将各牌号的铝合金废料重新用于对应牌号的铝合金熔炼生产，而使用不同铝合金废料混合重熔生产特定牌号的铝合金时，在消耗铝合金废料的同时需保证铝液的成分符合合金牌号的标准，这就导致铝合金废料中高成分合金元素不容易消耗，通常需要加入大量的纯铝进行过量元素的稀释，且成分控制不稳定，尤其是外观质量要求较高的铝合金对Fe、Si等杂质元素含量的控制更严格，往往采用高纯度的电解铝锭或有限返回料（返回料比例不高于30%）进行熔炼铸造，以避免杂质元素含量过高带来阳极氧化不良的问题，因此会造成生产成本的显著升高，不利于整个铝材产业链的节能降耗。
发明内容
本发明公开了一种含高比例返回料的铝合金复合材料及其制备方法，包覆层合金采用高纯度的电解铝锭或低比例返回料铸造，以保证材料的外观要求；芯层合金采用高比例返回料作为原料，实现了铝合金返回料低成本保级回收。
一种含高比例返回料的铝合金复合材料，所述铝合金复合材料包括芯层合金层和包覆层合金层；所述芯层合金层和所述包覆层合金层均采用同一牌号的合金，包覆层合金层采用电解铝锭或返回料比例低于30wt%的铝合金作为原料铸造，芯层合金层采用返回料比例大于65wt%作为原料铸造。
进一步的，包覆层合金层占总厚度比例5%~30%，余下为芯层合金层。
进一步，所述铝合金复合材料由芯层合金层和所述包覆层合金层经过焊合固定、再经热轧复合制成。
本发明还提供了一种含高比例返回料的铝合金复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：
S1. 芯层合金和包覆层合金板材的制备：按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后分别得到芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面后得到芯层合金板材和包覆层合金板材，包覆层合金板材占总厚度比例5%~30%，芯层合金板材占总厚度比例70%~95%；
S2. 表面处理：将步骤S1得到的芯层合金板材和包覆层合金板材分别进行表面处理；
S3. 焊合固定：将表面处理后的包覆层合金板材和芯层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊合固定，得焊合后的合金板料；
S4. 热轧复合：将焊合后的合金板料放入加热炉进行预热，加热温度为450~520℃，保温3~20小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合及后续加工，制备成板材或卷材。
进一步的，当所需成品厚度≥4.0mm，所述热轧为热轧至所需成品厚度；
还包括以下步骤：
S5. 固溶淬火：固溶温度为450~570℃，保温时间为15~100分钟；
S6. 时效处理：时效温度为120~180℃，保温时间为6~24小时，时效处理完成后即得成品。
进一步的，当所需成品厚度<4.0mm，所述热轧为热轧至厚度为5~10mm的复合卷材；
还包括以下步骤：
S5.冷轧；
S6.中间退火：退火温度330~450℃，保温时间为2~8小时；
S7. 精冷轧至成品厚度；再将成品厚度的复合卷材进行成品退火或固溶淬火、时效，即得成品。
以上所述的含高比例返回料的铝合金复合材料及其制备方法，采用了两层复合结构来解决返回料的回收和利用问题，包覆层合金层采用高纯度的电解铝锭或低比例返回料铸造，以保证材料的外观要求，芯层合金层采用高比例返回料作为原料，并通过轧制复合工艺，使所述铝合金复合材料与现有技术制备的单一铝合金材料性能一致，从而实现了铝合金返回料低成本保级回收，采用上述方法能更好的回收使用铝合金废料，同时能够显著降低生产成本。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
实施例1
一种含高比例返回料的铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，芯层合金层和包覆层合金层均采用7021铝合金，包覆层合金采用高纯度的电解铝锭作为原料，芯层合金采用高比例返回料作为原料，返回料使用比例为65wt%。
一种含高比例返回料的铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：
S1. 芯层合金和包覆层合金板材的制备：按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为420mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面后得到厚度为88mm的包覆层合金板材和厚度为400mm的芯层合金板材，包覆层合金板材占总厚度比例18%，芯层合金板材占总厚度比例82%；
S2. 表面处理：将步骤S1得到的芯层合金板材和包覆合金板材分别进行表面处理，表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；
S3. 焊合固定：将表面处理后的包覆层合金板材和芯层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定，得焊合后的合金板料；
S4. 热轧复合：将焊合后的合金板料放入加热炉进行预热，加热温度为450℃，保温5小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，终轧温度为295℃，热轧至8mm厚的复合卷材；
S5. 将S4得到复合卷材进行开卷并矫直切板，得到复合板材，然后将复合板材进行固溶淬火，固溶温度为450℃，保温时间为100分钟；再进行时效，时效温度为120℃，保温时间为24小时，即得铝合金复合材料成品。
对比例1
本对比例提供一种7021铝合金，采用高纯度的电解铝锭作为原料，按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后得到厚度为420mm的铸锭，然后将铸锭进行均匀化退火、锯切、铣面；再将加工后的铸锭放入加热炉进行预热，加热温度为450℃，保温5小时，加热完成后将铸锭轧成厚度为8mm的卷材，热轧终轧温度为295℃；随后，对冷却后的热轧卷材进行开卷并矫直切板，再将板材进行固溶淬火，固溶温度为450℃，保温时间为100分钟；然后进行时效，时效温度为120℃，保温时间为24小时。
实施例2
一种含高比例返回料的铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，所述芯层合金层和所述包覆层合金层均采用6061铝合金，包覆层合金采用高纯度的电解铝锭和添加15wt%返回料作为原料，芯层合金采用高比例返回料作为原料，返回料使用比例为70wt%。
一种含高比例返回料的铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：
S1. 芯层合金和包覆层合金板材的制备： 按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为420mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面后得到厚度为171mm的包覆层合金板材和厚度为400mm的芯层合金板材，包覆层合金板材占总厚度比例30%，芯层合金板材占总厚度比例70%；
S2.表面处理：将步骤S1得到的芯层合金板材和包覆层合金板材分别进行表面处理。表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；
S3.焊合固定：将表面处理后的包覆层合金板材和芯层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定，得焊合后的合金板料；
S4.热轧复合：将步骤S3.焊合好的合金板料放入加热炉进行预热，加热温度为480℃，保温5小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，终轧温度为300℃，热轧至5mm厚的复合卷材；
S5.将S4.得到热轧复合卷材进行开卷并矫直切板，得到复合板材，然后将复合板材进行固溶淬火，固溶温度为570℃，保温时间为15分钟；再进行时效，时效温度180℃，保温6小时，即得铝合金复合材料成品。
对比例2
本对比例提供一种6061铝合金，采用高纯度的电解铝锭和添加15wt%返回料作为原料，按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后得到厚度为420mm的铸锭，然后将铸锭进行均匀化退火、锯切、铣面；再将加工后的铸锭放入加热炉进行预热，加热温度为480℃，保温5小时，加热完成后将铸锭轧成厚度为5mm的卷材，热轧终轧温度为300℃；随后，对冷却后的热轧卷材进行开卷并矫直切板，再将板材进行固溶淬火，固溶温度为570℃，保温时间为15分钟；然后进行时效，时效温度为180℃，保温时间为6小时。
实施例3
一种含高比例返回料的铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，芯层合金层和包覆层合金层均采用6061铝合金，包覆层合金采用高纯度的电解铝锭作为原料，芯层合金采用高比例返回料作为原料，返回料使用比例为82wt%；
一种含高比例返回料的铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：
S1. 芯层合金和包覆层合金板材的制备： 按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为420mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面后得到厚度为22mm的包覆层合金板材和厚度为400mm的芯层合金板材，包覆层合金板材占总厚度比例5.2%，芯层合金板材占总厚度比例94.8%；
S2. 表面处理：将步骤S1得到的芯层合金板材和包覆层合金板材分别进行表面处理，表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；
S3. 焊合固定：将表面处理后的包覆层合金板材和芯层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定，得焊合后的合金板料；
S4.热轧复合：将步骤S3焊合好的合金板料放入加热炉进行预热，加热温度为480℃，保温20小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，终轧温度为305℃，热轧至10mm厚的复合卷材；
S5. 将S4得到热轧复合卷材进行冷轧、中间退火，退火温度450℃，保温时间为8小时，再精冷轧至成品厚度1.0mm，然后在气垫炉进行固溶淬火，固溶温度为560℃，速度为35m/min，再进行时效，时效温度为160℃，保温时间为10小时，即得到铝合金复合材料成品。
对比例3
本对比例提供一种6061铝合金，采用高纯度的电解铝锭和添加65wt%返回料作为原料，按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后得到厚度为420mm的铸锭，然后将铸锭进行均匀化退火、锯切、铣面；再将加工后的铸锭放入加热炉进行预热，加热温度为480℃，保温20小时，加热完成后将铸锭轧成厚度为10mm的卷材，热轧终轧温度为305℃；随后，对冷却后的热轧卷材进行冷轧、中间退火，退火温度450℃，保温时间为8小时，再精冷轧至成品厚度1.0mm，然后在气垫炉进行固溶淬火，固溶温度为560℃，速度为35m/min，再进行时效，时效温度为160℃，保温时间为10小时。
实施例4
一种含高比例返回料的铝合金复合材料，包括芯层合金层和包覆层合金层，芯层合金层和包覆层合金层均采用5052铝合金，包覆层合金采用高纯度的电解铝锭作为原料，芯层合金采用高比例返回料作为原料，返回料使用比例为90wt%。
一种含高比例返回料的铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：
S1. 芯层合金和包覆层合金板材的制备：按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后分别得到厚度为420mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面后得到厚度为厚度为400mm的芯层合金板材和44mm的包覆层合金板材，包覆层合金板材占总厚度比例10%，芯层合金板材占总厚度比例90%；
S2.表面处理：将步骤S1得到的芯层合金板材和包覆层合金板材分别进行表面处理，表面处理指将芯层合金板材和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；
S3. 焊合固定：将表面处理后的包覆层合金板材和芯层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定，得焊合后的合金板料；
S4. 热轧复合：将焊合后的合金板料放入加热炉进行预热，加热温度为520℃，保温3小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合，终轧温度为320℃，热轧至10mm厚的复合卷材；
S5.将S4得到复合卷材进行冷轧、中间退火，退火温度330℃，保温时间为2小时，再精冷轧至成品厚度2.5mm，然后进行成品退火，退火温度为150℃，保温时间为4h，即得到铝合金复合材料成品。
对比例4
本对比例提供一种5052铝合金，采用高纯度的电解铝锭作为原料，按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后得到厚度为420mm的铸锭，然后将铸锭进行均匀化退火、锯切、铣面；再将加工后的铸锭放入加热炉进行预热，加热温度为520℃，保温2小时，加热完成后将铸锭轧成厚度为10mm的卷材，热轧终轧温度为320℃；随后，对冷却后的热轧卷材进行冷轧、中间退火，退火温度330℃，保温时间为2小时，再精冷轧至成品厚度2.5mm，然后进行成品退火，退火温度为150℃，保温时间为4h。
实施例与对比例在熔铸投料时返回料使用比例、最终成品性能如表1所示。
由上表可见，本发明制备的含高比例返回料的铝合金复合材料的阳极氧化性能优于添加高比例返回料的单一铝合金（对比例3），与不添加返回料（或低比例返回料）的铝合金力学性能及阳极氧化性能一致，能满足客户的使用要求，并且本发明大大消化了铝合金返回料，显著降低了生产成本。
Claims (6)
1.一种含高比例返回料的铝合金复合材料，其特征在于：
一种含高比例返回料的铝合金复合材料，所述铝合金复合材料包括芯层合金层和包覆层合金层；所述芯层合金层和所述包覆层合金层均采用同一牌号的合金，包覆层合金层采用电解铝锭或返回料比例低于30wt%的铝合金作为原料铸造，芯层合金层采用返回料比例大于65wt%作为原料铸造。
2.根据权利要求1所述的含高比例返回料的铝合金复合材料，其特征在于：
包覆层合金层占总厚度比例5%~30%，余下为芯层合金层。
3.根据权利要求1所述的含高比例返回料的铝合金复合材料，其特征在于：
所述铝合金复合材料由芯层合金层和所述包覆层合金层经过焊合固定、再经热轧复合制成。
4.一种含高比例返回料的铝合金复合材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
S1. 芯层合金和包覆层合金板材的制备：按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过除气、过滤、浇铸后分别得到芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭，然后将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭分别进行均匀化退火、锯切、铣面后得到芯层合金板材和包覆层合金板材，包覆层合金板材占总厚度比例5%~30%，芯层合金板材占总厚度比例70%~95%；
S2. 表面处理：将步骤S1得到的芯层合金板材和包覆层合金板材分别进行表面处理；
S3. 焊合固定：将表面处理后的包覆层合金板材和芯层合金板材按照包覆层/芯层的组合方式进行焊合固定，得焊合后的合金板料；
S4. 热轧复合：将焊合后的合金板料放入加热炉进行预热，加热温度为450~520℃，保温3~20小时，加热完成后出炉进入轧机进行热轧复合及后续加工，制备成板材或卷材。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
当所需成品厚度≥4.0mm，所述热轧为热轧至所需成品厚度；
还包括以下步骤：
S5. 固溶淬火：固溶温度为450~570℃，保温时间为15~100分钟；
S6. 时效处理：时效温度为120~180℃，保温时间为6~24小时，时效处理完成后即得成品。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
当所需成品厚度<4.0mm，所述热轧为热轧至厚度为5~10mm的复合卷材；
还包括以下步骤：
S5.冷轧；
S6.中间退火：退火温度330~450℃，保温时间为2~8小时；
S7. 精冷轧至成品厚度；再将成品厚度的复合卷材进行成品退火或固溶淬火、时效，即得成品。
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